農(nóng)業(yè)生態(tài)碳排放估算

農(nóng)業(yè)生態(tài)碳排放估算 IPCC第四次評估報告顯示，在全球溫室氣體排放中，化石燃料燃燒排放量是碳排放的最大元兇，約占碳排放總量的56.6%；其次，農(nóng)業(yè)是第二大"元兇"，約占碳排放總量的1/31。四川省是農(nóng)業(yè)大省，本文關于四川省農(nóng)業(yè)碳排放的研究，對四川省經(jīng)濟、社會和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展有重要的現(xiàn)實指導意義。本章所有基礎數(shù)據(jù)均來自于四川省統(tǒng)計年鑒、中國能源統(tǒng)計年鑒與中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒，時間跨度為1998-2011年，各種能源消耗的排放系數(shù)與農(nóng)業(yè)的各項碳排放系數(shù)均是根據(jù)IPCC第四次報告和一些經(jīng)典文獻中的推算試得到。1研究回顧農(nóng)業(yè)是一個特殊的生態(tài)系統(tǒng)：它既是碳源的制造系統(tǒng)，又是碳匯的吸收系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)的碳源主要來自于與人類密切相關的種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)，碳匯主要來自于林地、草地。本文主要探討四川省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳源即碳排放現(xiàn)狀與影響因素，關于四川省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能另文研究。目前估算農(nóng)業(yè)碳排放的方式比較多，由于觀測與統(tǒng)計碳排放通量存在一定的技術與現(xiàn)實難題，所以現(xiàn)有的方法均是根據(jù)一些容易統(tǒng)計的數(shù)據(jù)進行估算的。王明星等（2001）通過耕作數(shù)據(jù)和氣象信息估算了中國甲烷排放量。2Ca（i1997）通過按照農(nóng)田的施水類型和施肥狀況估算中國的甲烷排放量。3韓冰等（2008）通過測試土壤中的有機碳含量來估算碳排放量。4而現(xiàn)在主流的碳排放量估算方法是基于化石能源的碳排放。主要認為農(nóng)業(yè)生態(tài)的主要碳排放來自農(nóng)業(yè)、化肥、農(nóng)膜以及柴油等物質的使用所造成的，所以都是以投入的角度來分析碳排放量，其估算模型如下Cat=iΣ（Eit*δi）（1）其中，Cat是指時間t農(nóng)業(yè)碳排放總量，Ei是指時間t第i種物質消費量，δi是第i種產(chǎn)生碳排放物質系數(shù)。其中，δi主要直接來自于一些經(jīng)典文獻的測試，而后被普遍接受誤差較小的碳排放系數(shù)。國內外學者研究表明，農(nóng)業(yè)碳排放主要來自于以下幾個方面：（1）化肥的使用，化肥使用過程將會產(chǎn)生一氧化二氮、甲烷等溫室氣體的排放，同時化肥的生產(chǎn)、運輸過程將會產(chǎn)生碳排放。（2）農(nóng)藥的使用，包括其在生產(chǎn)運輸過程中的碳排放。（3）農(nóng)膜產(chǎn)品的使用，包括生產(chǎn)過程中的碳排放。（4）直接消耗的化石燃料的碳排放，包括農(nóng)機設備的運用與灌溉設備使用。（5）農(nóng)耕過程中土壤有機碳的遺失。（6）農(nóng)作物的秸稈的燃燒。而在整個的農(nóng)業(yè)中，廣義的農(nóng)業(yè)是指種植業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)、副業(yè)五種產(chǎn)業(yè)形式的總稱。由于種植業(yè)林業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)、副業(yè)等行業(yè)數(shù)據(jù)獲取的問題，以及秸稈的燃燒數(shù)據(jù)獲取問題，本文沒有很細微的從產(chǎn)業(yè)角度來考察碳排放總量。本文主要是從化工產(chǎn)品與能源的消耗的角度以及被公認的農(nóng)耕有機碳釋放這些角度來估算農(nóng)業(yè)碳排放。2四川省農(nóng)業(yè)碳排放現(xiàn)狀與定量測算根據(jù)農(nóng)業(yè)碳排放的主要來源，本文選取了有效灌溉面積、化肥施用量、農(nóng)藥使用量、翻耕面積、農(nóng)村用電量、柴油、農(nóng)膜使用量7方面進行統(tǒng)計。其中，翻耕面積使用的是當年農(nóng)作物的實際翻耕面積。而這些碳排放影響因素的碳排放因子分別為：化肥使用而導致的碳排放系數(shù)為0.8956kg•kg-1；農(nóng)藥使用而導致的碳排放系數(shù)為4.934kg•kg-1；農(nóng)膜產(chǎn)品的碳排放系數(shù)為5.18kg•kg-1；化石能源燃燒（農(nóng)業(yè)化石能源主要為柴油）的碳排放系數(shù)為0.5927kg•kg-1；翻耕釋放的碳排放系數(shù)為312.6kg•km-1；農(nóng)業(yè)灌溉碳排放系數(shù)為25kg•hm-1；電力的碳排放主要分為二部分，一部分有新興能源比如風電、水電、核電等，基本上不排放溫室氣體；另一部分為火電，主要是使用化石燃料燃燒發(fā)電，這部分電量將會排放溫室氣體。使用本文在統(tǒng)計用電量碳排放時，農(nóng)村用電量，火電比例，煤的碳排放系數(shù)，單位電量耗煤量，將他們相乘。根據(jù)公式（1）與上文中的碳減排系數(shù)，本文對四川省1998-2011年農(nóng)業(yè)碳排放量進行估算（表1）。從圖1可以看出：結構上，四川省農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的碳排放主要由翻耕過程的有機碳釋放、用電量導致的碳排放和化肥施用導致的碳排放。占了農(nóng)業(yè)碳排放總量的近90%。增速方面，1998-2010年期間，四川省農(nóng)業(yè)碳排放量增速不大，年平均增速只有2.77%：其中1999-2003年的平均增速只有1.31%；2004-2006的增長率稍微高一些，為4.25%；2007-2010年增速放緩，增長率為2.46%。本文在結構圖上也清晰的看到，1998-2010年期間翻耕的碳排放基本上沒有變化；化肥使用量而導致的碳排放在1998-2004年期間基本上沒有增長，在2005-2010年期間有小幅的增長；電力使用所導致碳排放是增長最快的，年平均增長為5.6%。這個結論跟國內學者研究的基本一致。電力使用所導致的碳排放增長是由于1998年國家實施第一批農(nóng)村電網(wǎng)建設與改造工程，農(nóng)村電網(wǎng)覆蓋率增大，農(nóng)村家用電器增多，用電量增多，電力使用所導致的碳排放也隨之增多。1998-2003年期間，由于農(nóng)村負擔過重，農(nóng)村人口向城鎮(zhèn)遷移比較明顯，造成農(nóng)村務農(nóng)人員的減少，化肥等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的使用量增長放慢或者基本上沒有增長，四川農(nóng)業(yè)的碳排放量則也跟著變慢。由于務農(nóng)勞動力的減少，導致了糧食的產(chǎn)量降低。2004年后，國務院出臺了"兩減免三補貼"的支農(nóng)政策，刺激了農(nóng)民的種田積極性。使得化肥等農(nóng)村生產(chǎn)資料使用增加，相應的碳排放量也增長加速。3影響四川省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳排放的因素分析碳排放的社會經(jīng)濟影響因素是什么?這一直以來都是政策制定者關心的熱點。研究碳排放的社會經(jīng)濟因素可以為決策者制定碳減排政策提供決策依據(jù)。目前，碳排放的影響因素也是學者們研究的熱點。本文在對碳減排政策進行模擬之前，先對碳排放的影響因素進行研究。目前在碳排放影響因素分析中，都是通過分解方法進行的。因素分解方法主要是將碳排放量分解成若干個因素變量的乘積，通過分析各個因素增長之間的關系，來判斷碳排放量與各個因素之間的關系。在碳排放的因素分解模型中，目前主要存Lasperyres指數(shù)法、簡單平均分解法和自適應權重平均分析法三類5。而在簡單平均分解法基礎上對數(shù)平均分解法模型（LMDI模型）用來進行因素分解相比于回歸模型與其他分解模型，由于沒有殘差項，被學術界廣泛的接受。本文運用學術界通用的方法，使用LMDI模型對四川省農(nóng)業(yè)碳排放與能源消費碳排放進行因素分解。目前，農(nóng)業(yè)碳排放影響因素研究也是目前研究的熱點。李國志、田云等均利用LMDI模型分別對中國農(nóng)業(yè)碳排放與湖北省農(nóng)業(yè)碳排放進行因素分解研究，均得出了效率因素、勞動力因素與產(chǎn)業(yè)結構因素均對農(nóng)業(yè)碳排放有抑制作用，而農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展對碳排放有較強的刺激作用6。ACt=ACtPYt×PYtAYt×AYtPt×Pt…（2）其中，ACt指的是時間t農(nóng)業(yè)碳排放總量，PYt是指時間t種植業(yè)生產(chǎn)總值，AYt是指時間t農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值，Pt是指時間t農(nóng)村人口總數(shù)。設Cpt為時間t單位種植業(yè)生產(chǎn)總值碳排放量，wpt為時間t種植業(yè)生產(chǎn)總值占農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值比重，ay1為時間t農(nóng)村人均生產(chǎn)總值。則有cpt=ACtPYt，wpt=PYtAYt，ay1=AYtPtACt=wpt×cpt×ay1×Pt…（3）根據(jù)（3）式，本文可以很明顯的看出，農(nóng)業(yè)碳排放量跟單位種植業(yè)生產(chǎn)總值碳排放量（農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料碳排放效率）、單位種植業(yè)生產(chǎn)總值碳排放量（農(nóng)業(yè)結構因素）、農(nóng)村人均生產(chǎn)總值（經(jīng)濟發(fā)展因素）、農(nóng)村人口總數(shù)（人口效應）有關。由于各種因素的物理量存在差異，本文對式子（3）取對數(shù)，結果如下：InACt=Inwpt+Incpt+Inayt+InPt…（4）為了對農(nóng)業(yè)碳排放量的增長影響因素進行分析，本文對式子（4）進行差分分解，各因素的影響如下：wpt=ACt1-ACt2InACt1-InACt2（Inwpt1-Inwpt2）（5）cpt=ACt1-ACt2InACt1-InACt2（Incpt1-Incpt2）（6）ayt=ACt1-ACt2InACt1-InACt2（Inayt1-Inayt2）（7）Pt=ACt1-ACt2InACt1-InACt2（InPt1-InPt2）（8）利用式子（5）-（8），分別計算出wpt、cpt、ayt、Pt。本文對1998-2010年期間的四川省農(nóng)村生態(tài)系統(tǒng)的碳排放量進行了因素分解。1998-2010年，四川省農(nóng)業(yè)的碳排放正效應的為經(jīng)濟發(fā)展因素，影響因素高達950.57萬噸碳；其他的都為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料碳排放效率、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構因素與人口效應因素都呈現(xiàn)負效應，負影響最大的為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構因素，為-548.88萬噸碳。這個結果跟國內外學者研究的結果一致。但是從具體的時段來看。經(jīng)濟影響因素基本上每年都是處于正效應。人口因素對四川省農(nóng)業(yè)的碳排放量的影響并不大。而產(chǎn)業(yè)結構因素在1998-2001年期間處于正效應，2001年-2010年處于負效應；主要是因為1998-2001年期間，四川省農(nóng)村人口向城鎮(zhèn)轉移過程中，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構偏向于種植業(yè)等高碳排放產(chǎn)業(yè)，導致那幾年農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構因素對整個農(nóng)業(yè)碳排放處于正效應。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料碳排放效率在2007-2010年處于正效應，其他時間處于負效應；可能出現(xiàn)這種結果的原因是四川省在2008年、2009年、2010年分別在產(chǎn)糧去發(fā)生了干旱、洪澇等自然災害。